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1、1 裂变径迹定年法裂变径迹定年法 Fission Track Dating 2 裂变径迹法是裂变径迹法是利用矿物或其他固体绝缘材料利用矿物或其他固体绝缘材料 所记录的所记录的238U自发裂变径迹来测定年龄的方自发裂变径迹来测定年龄的方 法。法。 凡是在某一地质历史事件后，该区物质凡是在某一地质历史事件后，该区物质没有没有 后期外界铀的混入，其自发裂变径迹又没有后期外界铀的混入，其自发裂变径迹又没有 发生丢失，年龄在发生丢失，年龄在200年年-100万年的岩石、万年的岩石、 矿物矿物均适合用裂变径迹来测定其年龄。均适合用裂变径迹来测定其年龄。 3 裂变径迹法是根据岩矿样品中裂变径迹法是根据岩矿样
2、品中238U自发裂变自发裂变 所产生的径迹数目和自发裂变的速度来计算所产生的径迹数目和自发裂变的速度来计算 时间（年龄）的，它所测量的不是放射性同时间（年龄）的，它所测量的不是放射性同 位素及其衰变产物本身，而是放射性同位素位素及其衰变产物本身，而是放射性同位素 （238U）裂变时，对周围物质的辐射损伤效）裂变时，对周围物质的辐射损伤效 应。应。 只要知道只要知道铀含量、铀含量、 238U自发裂变速率、自发自发裂变速率、自发 裂变径迹的密度，裂变径迹的密度，就可以计算出该样品的年就可以计算出该样品的年 龄。条件是快速冷却且以后未再被加热。龄。条件是快速冷却且以后未再被加热。 凡是凡是火成岩，变
3、质岩和沉积岩中的矿物及陶火成岩，变质岩和沉积岩中的矿物及陶 瓷、玻璃等含铀物质瓷、玻璃等含铀物质均可用裂变径迹法来测均可用裂变径迹法来测 定其年龄。定其年龄。 4 铀含量是通过热中子辐照从诱发裂变径迹来铀含量是通过热中子辐照从诱发裂变径迹来 求得的，因求得的，因238U和和235U的比值为一常数，只的比值为一常数，只 要测出要测出235U的含量就可推算出的含量就可推算出238U的含量。的含量。 235U的含量是通过一定通量热中子的辐照，的含量是通过一定通量热中子的辐照， 使样品中使样品中235U裂变而产生诱发裂变径迹来求裂变而产生诱发裂变径迹来求 出的。出的。 裂变径迹是些很微细的线状轨迹，必
4、须使用裂变径迹是些很微细的线状轨迹，必须使用 化学蚀刻剂将其横截面直径扩大化学蚀刻剂将其横截面直径扩大100倍，以倍，以 便在一般光学显微镜下进行观测统计其数目。便在一般光学显微镜下进行观测统计其数目。 5 应用裂变径迹法计算地质年龄时，应用裂变径迹法计算地质年龄时， 其假设前提如下：其假设前提如下： 1、238U的自发裂变速度是一恒定值，不受外界条件的自发裂变速度是一恒定值，不受外界条件 影响；影响； 2、所有自发裂变径迹都是由、所有自发裂变径迹都是由238U裂变产生的，裂变产生的，235U 和和232Th的贡献可忽略不计；的贡献可忽略不计； 3、所有的诱发裂变径迹都是由、所有的诱发裂变径迹
5、都是由235U诱发裂变所产生诱发裂变所产生 的；的； 4、自发和诱发裂变径迹的蚀刻条件是完全相同的；、自发和诱发裂变径迹的蚀刻条件是完全相同的； 5、假设自然界、假设自然界238U与与235U的丰度比是一个不变的常的丰度比是一个不变的常 数。数。 裂变径迹的特性裂变径迹的特性 退退 火火 6 裂变径迹测年具有如下优点：裂变径迹测年具有如下优点： 所需所需样品量极少样品量极少，在毫克数量级即可；，在毫克数量级即可； 可测样品可测样品种类广泛种类广泛，多达几十种；，多达几十种； 样品的样品的制备和测量方法比较简易制备和测量方法比较简易，仪器设，仪器设 备无特殊要求。备无特殊要求。 7 实验方法实验
6、方法 实验方法包括实验方法包括采样、分选、制片、蚀刻、涂采样、分选、制片、蚀刻、涂 膜及辐照膜及辐照等方面。等方面。 8 (1)在地质时期里含铀矿物在样品中是处于在地质时期里含铀矿物在样品中是处于 一个封闭系统，没有增加和损失。一个封闭系统，没有增加和损失。 (2)含铀矿物在样品中需要有一定的富集量，含铀矿物在样品中需要有一定的富集量， 含量太少则难以挑选出足够测量用的样品量。含量太少则难以挑选出足够测量用的样品量。 (3)所选样品的矿物颗粒，必须是结晶较好所选样品的矿物颗粒，必须是结晶较好 的晶体，且晶体较大，一般应大于的晶体，且晶体较大，一般应大于30 微米。微米。 (4)和其他测年方法一
7、样，应挑选新鲜的，和其他测年方法一样，应挑选新鲜的， 未径风化的样品进行测年。未径风化的样品进行测年。 (5)在采样和分选单矿样品时，切忌样品受在采样和分选单矿样品时，切忌样品受 热，因为加温可以使径迹发生衰退以至消失。热，因为加温可以使径迹发生衰退以至消失。 一、样品需满足：一、样品需满足： 样品的破碎与分离样品的破碎与分离 9 二、单矿物分选二、单矿物分选 10 三、光薄片的制备三、光薄片的制备 11 四、蚀刻四、蚀刻 径迹的蚀刻径迹的蚀刻是裂变径迹测年法中的关键步骤是裂变径迹测年法中的关键步骤 之一。要做到恰到好处地掌握好之一。要做到恰到好处地掌握好既显露了径既显露了径 迹而又没有将原有
8、表面溶蚀出新坑迹而又没有将原有表面溶蚀出新坑，就必须，就必须 按照不同矿物选用不同的蚀刻剂才行。按照不同矿物选用不同的蚀刻剂才行。 原则上原则上硅酸盐硅酸盐矿物的蚀刻剂用强酸或强碱；矿物的蚀刻剂用强酸或强碱； 磷酸盐磷酸盐类矿物的蚀刻剂选用强酸；类矿物的蚀刻剂选用强酸；碳酸盐碳酸盐矿矿 物选用弱酸。物选用弱酸。 12 五、涂镀技术五、涂镀技术 13 六、样品辐照六、样品辐照 14 测量方法与年龄计算测量方法与年龄计算 测量方法与样品种类、铀含量、铀在样品中的分布情况、样样品种类、铀含量、铀在样品中的分布情况、样 品年代及样品粒径的大小品年代及样品粒径的大小有关。 (一一)直接测定法直接测定法
9、(二二)坪年龄法坪年龄法 (三三)等时线法等时线法 (四四)标准年龄对比法标准年龄对比法 15 (一一)直接测定法直接测定法 总体法总体法 外探测器法外探测器法 16 (二二)坪年龄法坪年龄法 17 (三三)等时线法等时线法 18 (四四)标准年龄对比法标准年龄对比法 19 裂变径迹年龄计算裂变径迹年龄计算 裂变径迹的鉴别裂变径迹的鉴别 径迹密度的统计径迹密度的统计 径迹长度测量径迹长度测量 统计测量技术的自动化统计测量技术的自动化 裂变径迹一般为直线裂变径迹一般为直线 裂变径迹长度有限裂变径迹长度有限 裂变径迹蚀刻坑是无定向及杂乱无章的裂变径迹蚀刻坑是无定向及杂乱无章的 真径迹加热后会消失真
10、径迹加热后会消失 外探测器法：在矿物内表面上统计自发径迹，在外探测器法：在矿物内表面上统计自发径迹，在 探测器上与矿物相对应的部位统计诱发径迹，分探测器上与矿物相对应的部位统计诱发径迹，分 别记录每一个矿物颗粒上的自发和诱发径迹数。别记录每一个矿物颗粒上的自发和诱发径迹数。 总体法：在辐照的光薄片上统计诱发径迹，在未总体法：在辐照的光薄片上统计诱发径迹，在未 辐照的光薄片上统计自发径迹，并求出它们各自辐照的光薄片上统计自发径迹，并求出它们各自 的总径迹数。的总径迹数。 径迹长度是是研究岩石受热史和进行年龄校径迹长度是是研究岩石受热史和进行年龄校 正的重要参数。薄片中基本水平的径迹长度，正的重要
11、参数。薄片中基本水平的径迹长度， 基本上可以代表径迹的真实长度。基本上可以代表径迹的真实长度。 显微镜自动计数器显微镜自动计数器 显微电视计数器显微电视计数器 火花扫描器火花扫描器 图像分析仪图像分析仪 等等 20 应应 用用 21 裂变径迹法可用于裂变径迹法可用于研究各种岩矿内颗粒、裂研究各种岩矿内颗粒、裂 隙间铀的存在形式、空间分布及其迁移富集隙间铀的存在形式、空间分布及其迁移富集 规律，规律，以利于以利于找矿及地球化学方面找矿及地球化学方面应用。应用。 在在古人类、考古研究古人类、考古研究方面裂变径迹法也能发方面裂变径迹法也能发 挥很大作用。挥很大作用。 22 在在第四纪地质研究第四纪地
12、质研究中，对老地层年代的划分中，对老地层年代的划分 与对比时，裂变径迹法也可发挥它的特殊功与对比时，裂变径迹法也可发挥它的特殊功 能。能。 裂变径迹法还有助于裂变径迹法还有助于对陨石等天体物理的研对陨石等天体物理的研 究究。 23 小结小结 裂变径迹法过去主要用于对裂变径迹法过去主要用于对火成岩、变质岩火成岩、变质岩 的形成年龄方面的形成年龄方面的研究，近年来已成功地用的研究，近年来已成功地用 于于对沉积地层及矿产热年代学方面对沉积地层及矿产热年代学方面的研究。的研究。 根据对碎屑矿物如磷灰石、锆石、榍石等裂根据对碎屑矿物如磷灰石、锆石、榍石等裂 变径迹分析，可以得到变径迹分析，可以得到有关沉积盆地的热历有关沉积盆地的热历 史、盆地物质来源、沉积层的埋藏深度及其史、盆地物质来源、沉积层的埋藏深度及其 形成年代等信息形成年代等信息，并可定量地再现该沉积盆并可定量地再现该沉积盆 地的古地理环境地的古地理环境，有效地为找油、找煤等矿，有效地为找油、找煤等矿 产及地热资源服务。产及地热资源服务。